Bakterilerin Hızlı Evrimine Sebep Olan Mekanizma İlk Kez Görüntülendi
Bakteri piluslarının, son derece küçük ölçeklerde olmalarından kaynaklı; bir bakterinin DNA parçası yakalamak için piluslarını nasıl kullandığı yakalanması zor bir süreç olarak kalmıştı. Görsel Telif: Ankur Dalia/Indiana University
Bakteriler, küçük kaygan emicilerdir. Hızlıca evrimleştiklerinden, antibiyotiklere karşı direnç geliştirirler ve böylelikle de başa çıkılması zor bir sorun haline gelirler. Nasıl bu denli hızlı evrimleşebildikleri sorusu ise bilim insanlarının bakteriler üzerindeki çalışmaları için bir tetikleyici olmaktadır.
11 Haziran’da(2018) Nature Microbiology‘de yayımlanan bir çalışmada, bakterilerin bu hızlı evrimleşme için kullandığı mekanizmalardan birisi kayda alınabildi.
Araştırmada, kolera hastalığına sebep olan iki Vibrio cholerae bakterisi, mikroskop altında gözlemlendi. Yapılan gözlemlerde, bakterilerden birisinden çıkan bir uzantının, bir DNA parçasına takıldığı ve onu bakteriye taşıdığı görülüyor. Bu uzantı, pili (piluslar) olarak isimlendirilen kamçı benzeri bir yapıdır.
Bu görüntüler ise, bilim insanlarının; bir bakterinin, onlarca yıldır bulunduğu yönünde hipotezler kurulan bir mekanizma olan gen aktarımını gerçekleştirmek için pilusunu kullandığını doğrudan gözlemleyebildiği ilk görüntü.
Bakterilerin, farklı bir organizmanın genetik malzemesini, kendi evrimini hızlandırmak için DNA’sına dahil ettiği sürece yatay gen aktarımı denir. Yatay gen aktarımı, antibiyotik direncinin bakteri türleri arasında taşınmasını sağlama noktasında önemli bir yoldur. Fakat bu süreç, yapıların çok küçük olmalarından kaynaklı daha önce gözlemlenememişti. Sürecin anlaşılması, bakterilerin DNA’larını nasıl paylaştıklarını anlamamıza ve bu paylaşımı engelleme şansımızın artmasına olanak tanıyacak olması açısından önemlidir.
Bakteri piluslarının, son derece küçük ölçeklerde olmalarından kaynaklı; bir bakterinin DNA parçası yakalamak için piluslarını nasıl kullandığı yakalanması zor bir süreç olarak kalmıştı. Kamçı benzeri bu yapılar, insan saçından neredeyse 10.000 kat daha incedir. Araştırma ekibinin yaptığı ise, -ki görüntülerde gördüğünüz parlak yeşilin sebebi de budur- hem piliyi hem de DNA’yı floresan boya ile boyamaktı. Böylelikle mikroskop altında her şey gözle görülebilir bir hal aldı.
Yukarıdaki video görüntüsünde, sağdaki kısımda, yöntemin işe yaradığını görebilirsiniz. Soldaki kısım ise floresan boya kullanılmadan gözlemlenen mikroskop görüntüsüdür. Pili, hücrenin duvarındaki gözeneklerden geçen bir hat ile DNA’nın bir parçasını yakalamak için gönderilir ve daha sonra hassas bir şekilde geri alınır.
Dış zarda bulunan gözeneklerin boyutu, neredeyse bir DNA sarmalının girebileceği genişliktedir ve bu da tam olarak gözlemlenen durumun nasıl gerçekleştiğini ortaya koyuyor. Eğer bir pilus kullanılmasaydı, DNA parçasının, dış zardaki gözeneğe doğru açıyla çarpması ve hücrenin içerisine girmesi ihtimali neredeyse sıfırdır.
Antibiyotik direnci, bakteriler arasında çeşitli yollarla transfer edilebilir ve yatay gen aktarımı için başka mekanizmalar da bulunur. Çevreden DNA alınımı süreci, transformasyon olarak isimlendirilir. Bakteriler öldüklerinde, parçalanırlar ve DNA’larını dışarıya salarlar, bundan sonra da diğer bakteriler bu DNA’ları yakalar ve kendilerininkiyle birleştirirler. Eğer ki ölü bakterinin, bir antibiyotik direnci bulunuyorsa, ölü türdeşinin DNA’sını yakalayan bakteri de bu antibiyotik direncini geliştirir ve yavrulara da bu direnci taşımış olur.
Böylelikle de, direnç, kontrol edilmesi güç bir orman yangınına benzer biçimde populasyon içerisinde yayılabilir. İşte büyük problemin ortaya çıktığı yer de burasıdır. CDC verilerine göre, Amerika’da en az 23.000 ölüm, antibiyotik direncinin gelişmesinden kaynaklanıyor.
Bakterilerin antibiyotik direncini yaymak için kullandıkları mekanizmaları tam olarak ortaya çıkarabilmek, bu yayılımı önleyebilmek için yeni yollar keşfedilmemizi olanaklı hale getirebilecek. Bir sonraki adım, pilusların DNA’yı nasıl doğru şekilde yakaladığını bulmak olacak. Özellikle de, bu sürece dahil olan protein, daha önce görülmemiş bir şekilde DNA ile etkileşime girmiş gibi görünüyor. Öte yandan floresan boyama yöntemi, pilusların diğer fonksiyonlarını keşfetmek için de kullanılacak.
- For The First Time, Scientists Have Caught Bacteria "Fishing" For DNA From Their Dead Friends. ScienceAlert/Michelle Starr (accessed June 16, 2018). https://www.sciencealert.com/cholera-bacteria-using-pili-to-harpoon-dna-horizontal-gene-transfer-antibiotic-resistance
- Retraction of DNA-bound type IV competence pili initiates DNA uptake during natural transformation in Vibrio cholerae. Nature Microbiology, (June, 2018). https://www.nature.com/articles/s41564-018-0174-y
BilimFili.com: "Bakterilerin Hızlı Evrimine Sebep Olan Mekanizma İlk Kez Görüntülendi"
https://bilimfili.com/bakterilerin-hizli-evrimine-sebep-olan-mekanizma-ilk-kez-goruntulendi/
Mikrobiyoloji, Parazitoloji ve Viroloji
-
Mısır Mumyaları Sıtma, Parazitik Kurtlar ve Bitlerle Dolu
-
Araştırmacılar yeşil algler ve bakterilerin birlikte iklimin korunmasına katkıda bulunduğunu ortaya koyuyor.
-
Bilim İnsanları Kretase kehribarında hapsolmuş endoparazit deniz tenyasını keşfettiler.
-
Saç Bitleri, Amerika’ya İlk İnsan Göçleriyle Birlikte Yayılmış
-
E. coli'de ısı şoku tepkisinin altında yatan yeni mekanizmanın ortaya çıkarılması
-
Parazitlerle Enfekte Olmuş 200 Milyon Yıllık Dışkı Fosili Bulundu
-
"Virüsler ve Sağlığımız: Viral Hastalıkların Altında Yatan Gerçekler"
-
Sibirya’da Bulunan 46.000 Yıllık Yuvarlak Kurtlar Canlandırıldı
-
Virüsler hücreler arası iletişimi bozarak bağışıklık sistemini atlatıyor
-
Sıcağı seven deniz bakterisi, asbestin zehirleyici etkisini yok edebilir
-
Bağırsak bakterilerinin kilo almayla ilişkisi var mı?
-
Maymun çiçeği virüsü
-
C. elegans solucanlar zehirlenmekten nasıl korunuyor?
-
Yeni organizmanın keşfi, atık su arıtımında ortak sorunu çözebilir.
-
İlk Koronavirüs Salgını 21.000 Yıl Önce Çıkmış